FR2594558A1 - METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE APARITION OF REARRANGEMENT PHENOMENA IN THE SOIL - Google Patents
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Abstract
Dans le dispositif comportant un vibrateur dont la plaque de base 2 est munie d'un capteur d'accélération 3 et est supportée élastiquement par une masse de réaction 1 portant un autre capteur d'accélération 4, le signal de sortie du capteur 3 est envoyé d'une part à l'intégrateur 6 et d'autre part est pondéré par un facteur dépendant de la masse de la plaque 2, le signal de sortie du capteur 4 est pondéré par un facteur dépendant de la masse 1, les signaux pondérés des capteurs 3, 4 étant envoyés à un additionneur 5 dont le signal de sortie est multiplié par le signal de sortie de l'intégrateur 6 dans un multiplicateur 9 pour former un signal commandant le vibrateur. Application notamment à la mesure et à la détection des ébranchements sismiques dans le sol. (CF DESSIN DANS BOPI)In the device comprising a vibrator whose base plate 2 is provided with an acceleration sensor 3 and is resiliently supported by a reaction mass 1 carrying another acceleration sensor 4, the output signal of the sensor 3 is sent. on the one hand to the integrator 6 and on the other hand is weighted by a factor dependent on the mass of the plate 2, the output signal of the sensor 4 is weighted by a factor dependent on the mass 1, the weighted signals of the sensors 3, 4 being sent to an adder 5 whose output signal is multiplied by the output signal of integrator 6 in a multiplier 9 to form a signal controlling the vibrator. Application in particular to the measurement and detection of seismic branching in the ground. (CF DRAWING IN BOPI)
Description
Procédé et dispositif pour déterminer l'apparition de phénomè-Method and device for determining the appearance of phenomena
nes de réarrangement dans le sol L'invention concerne tout d'abord un procédé pour déterminer l'apparition de phénomènes de réarrangement dans le sol, lorsqu'un vibrateur transmet une énergie sismique dans le sol, ainsi qu'en outre un dispositif pour la mise en oeuvre The invention relates first of all to a method for determining the occurrence of rearrangement phenomena in the soil, when a vibrator transmits seismic energy into the ground, as well as a device for the Implementation
d'un tel procédé.of such a method.
Ces deux dernières décennies, on a utilisé fréquem- During the last two decades, we have frequently used
ment, en dehors de la séismologie mettant en oeuvre des explo- apart from seismology using
sifs, des dispositifs vibratoires hydrauliques pour transmet- hydraulic vibratory devices for transmitting
tre une énergie sismique dans le sol afin de pouvoir explorer par exemple des zones ne pouvant pas être détectées au moyen de la séismologie basée sur des explosions. Pour la production be a seismic energy in the ground so as to explore for example areas that can not be detected by means of explosive seismology. For production
et la préparation de signaux sismiques dans ces sols, on sup- and the preparation of seismic signals in these soils, we
pose qu'il se déroule des processus élastiques dans le sol. pose that elastic processes take place in the soil.
C'est pourquoi il est nécessaire et suffisant de prévoir une That is why it is necessary and sufficient to provide
excitation élastique du sous-sol afin de transmettre une éner- elastic excitation of the subsoil to transmit energy
gie sismique avec un rendement aussi élevé que possible. A cet effet on dispose fréquemment, sur des camions tous-terrains, des plaques de vibrateurs, qui transmettent l'énergie sismique earthquake with as high a return as possible. For this purpose, plates of vibrators, which transmit the seismic energy, are frequently available on off-road trucks.
dans le sol.in the ground.
A l'aide d'un système élévateur, on amène le vi- With the help of an elevator system, the user is brought
brateur dans la position de travail, c'est-à-dire qu'on le po- in the working position, that is to say that
se sur le sol. Afin que la plaque de base du vibrateur ne s'écar- get on the floor. So that the base plate of the vibrator does not
te pas du sol pendant les vibrations, on doit lui appliquer do not stand on the ground during vibration, you should apply
une force qui est supérieure à l'intensité de la force du vi- a force that is greater than the intensity of the force of
brateur. En raison des pressions élevées, qui appraissent au voisinage de la plaque de base du vibrateur, la contrainte brateur. Due to the high pressures, which occur in the vicinity of the vibrator base plate, the stress
appliquée au sol conduit fréquemment à une déformation perma- applied to the ground frequently leads to permanent deformation
nente. Dans des cas déterminés, cette déformation est tout d'abord souhaitable afin de réaliser un tassement préalable nent. In specific cases, this deformation is first of all desirable in order to achieve a preliminary settlement.
du sol permettant d'éviter des pertes de transmission. Ces per- soil to avoid transmission losses. These people
tes de transmission sont provoquées par un frottement et un réarrangement du sol au voisinage de la plaque de base. A la Transmission is caused by rubbing and rearrangement of the soil in the vicinity of the base plate. To the
fin de l'opération de tassement, seule encore une contrain- end of the settlement operation, only one more constraint
te élastique est souhaitable.elasticity is desirable.
Lorsque l'on travaille sur des sols consolidés, par exemple des routes, une opération préalable de tassement est When working on consolidated soils, for example roads, a pre-settlement operation is
indésirable. Ici un tassement peut conduire & des endommage- undesirable. Here a settlement can lead to damage
ments qu'il faut éviter.which should be avoided.
Dans le cas d'une excitation du sol avec une ampli- In the case of ground excitation with an ampli-
tude vibratoire croissante de la plaque du vibrateur, on peut par ailleurs atteindre une zone dans laquelle une déformation élastique conduit à une déformation plastique du sous-sol, qui vibratory study of the vibrator plate, we can also reach an area in which an elastic deformation leads to a plastic deformation of the subsoil, which
conduit également à des endommagements du sol. also leads to soil damage.
Le contrôle du passage d'une déformation élastique Control of the passage of an elastic deformation
à une déformation plastique du sous-sol est par conséquent sou- plastic deformation of the subsoil is therefore
haitable non seulement du point de vue du rendement de l'exci- not only from the point of view of the performance of the exci-
tation sismique, mais également dans le but d'éviter des en- earthquake, but also with the aim of avoiding
dommagements de la chaussée.damage to the roadway.
Des vibrateurs modernes fournissent la possibilité de mesurer et de contrôler la force appliquée au sol. On peut évaluer la contrainte appliquée au sol, sur la base de cette Modern vibrators provide the ability to measure and control the force applied to the ground. The stress applied to the soil can be evaluated on the basis of this
force dynamique et en liaison avec la charge statique. Malheu- dynamic force and in connection with the static load. Un-
reusement on ne peut pas indiquer de façon précise, pour de nombreux ouvrages routiers, les forces admissibles, de sorte qu'une détermination de valeurs limites en tenant compte de facteurs de sécurité, peut parfaitement assurer une protection In many road works, the permissible forces can not be precisely indicated, so that a determination of limit values taking into account safety factors can provide a perfect protection.
vis-à-vis d'endommagements de la chaussée, mais une utilisa- damage to the roadway, but a use of
tion efficace des vibrateurs pour la séismologie n'est plus possible. C'est pourquoi l'invention a pour but d'indiquer un procédé et un dispositif pour déterminer l'apparition de Efficient vibrators for seismology are no longer possible. Therefore, the purpose of the invention is to indicate a method and a device for determining the appearance of
phénomènes de réarrangement dans le sol et qui permettent, pen- rearrangement phenomena in the soil and
dant le fonctionnement du dispositif, d'identifier l'instant the functioning of the device, to identify the moment
et l'intensité de phénomènes de réarrangement ou d'autres va- and the intensity of rearrangement phenomena or other
riations, absorbant de l'énergie, et d'éviter par conséquent riations, absorbing energy, and therefore avoiding
un endommagement du sous-sol.damage to the basement.
Selon un premier aspect de l'invention, ce problé- According to a first aspect of the invention, this problem
me est résolu & l'aide d'un procédé pour déterminer l'appari- resolved with the help of a process to determine the
tion de phénomènes de réarrangement dans le sol, lorsqu'un vi- of rearrangement phenomena in the soil, when
brateur transmet une énergie sismique dans le sol, et selon lequel l'énergie est transmise au sol par l'intermédiaire d'une plaque de baseetcette plaque de base est en appui contre une masse de réaction, caractérisé en ce qu'on détermine les com- posantes d'accélération appliquées à la plaque de base de la masse de réaction et qu'on les pondère par la masse associée, qu'on additionne les composantes de force qui sont produites de ce fait, qu'on intègre la composante d'accélération de la plaque de base pour former une composante de vitesse et qu'on la multiplie par les composantes de force additionnées, et qu'on utilise la partie continue du signal de sortie obtenu de ce brator transmits a seismic energy in the ground, and according to which the energy is transmitted to the ground via a baseplate and said baseplate bears against a reaction mass, characterized in that the - acceleration poses applied to the baseplate of the reaction mass and weighted by the associated mass, adding up the force components that are produced thereby, integrating the component of acceleration of the base plate to form a velocity component and multiplying it by the added force components, and using the continuous part of the output signal obtained from this
fait pour l'affichage de l'apparition de phénomènes de réarran- made for the display of the appearance of phenomena of rearrangement
gement.ment.
En outre ce procédé est également résolu par un dis- In addition, this method is also solved by a
positif pour la mise en oeuvre d'un procédé pour déterminer l'apparition de phénomènes de réarrangement dans le sol selon positive for the implementation of a method for determining the occurrence of rearrangement phenomena in the soil according to
la revendication 1, dans-lequel un vibrateur transmet une éner- claim 1, wherein a vibrator transmits an energy
gie sismique dans le sol et dans lequel il est prévu un pre- seismic activity in the soil and in which provision is made
mier capteur d'accélération installé sur la plaque de base du vibrateur et un autre capteur d'accélération installé sur une masse de réaction du vibrateur, contre laquelle la plaque de base est en appui élastique, caractérisé en ce que le signal de sortie du premier capteur d'accélération est envoyé à un intégrateur et est également pondéré, pour la formation d'une composante de force, par un facteur dépendant de la masse de la plaque de.base, que le signal de sortie de l'autre capteur first acceleration sensor installed on the base plate of the vibrator and another acceleration sensor installed on a reaction mass of the vibrator, against which the base plate bears elastically, characterized in that the output signal of the first acceleration sensor is sent to an integrator and is also weighted, for the formation of a force component, by a mass-dependent factor of the base plate, that the output signal of the other sensor
d'accélération est pondéré par un facteur qui dépend de la mas- acceleration is weighted by a factor that depends on the mass
se de réaction et que les signaux de sortie pondérés des cap- reaction and that the weighted output signals of the
teurs d'accélération installés sur la plaque de base et sur la masse de réaction sont envoyés, pour la formation de la composante totale de force, à un additionneur, dont le signal acceleration units installed on the base plate and on the reaction mass are sent, for the formation of the total force component, to an adder, whose signal
de sortie est multiplié par le signal de sortie de l'intégra- output is multiplied by the output signal of the integra-
teur dans un multiplicateur.in a multiplier.
A l'aide du procédé conforme à l'invention, on peut With the aid of the process according to the invention, it is possible
déterminer l'instant auquel l'excitation avec une énergie sis- determine the moment at which excitation with an energy
mique atteint une valeur qui peut provoquer des endommagements dans le sous-sol. L'indication de la composante de puissance active de l'excitation sismique du sol peut par conséquent être utilisée avantageusement pour déterminer la valeur limite jus- This value reaches a value that can cause damage in the subsoil. The indication of the active power component of the earth seismic excitation can therefore be advantageously used to determine the limit value
que pour laquelle une excitation du sol est autorisée ou pos- for which ground excitation is permitted or pos-
sible sans provoquer l'endommagement. L'identification de l'ap- sible without causing damage. The identification of the
parition d'une composante de puissance active présente en ou- addition of an active power component present in
tre l'avantage que la composante de puissance réactive déli- the advantage that the reactive power component
vrée, qui peut être utilisée seule dans le cadre d'une étude can be used alone in a study
séismologique, peut être rendue maximale. seismological, can be made maximum.
Le dispositif conforme à l'invention utilise des The device according to the invention uses
capteurs d'accélération montés sur la plaque de base et à par- acceleration sensors mounted on the baseplate and
tir du signal de mesure desquels on peut tirer les composantes de force et de vitesse. Ces composantes sont réunies au moyen de combinaisons arithmétiques de manière à faire apparaître firing of the measurement signal from which one can draw the components of force and speed. These components are brought together by means of arithmetic combinations so as to reveal
en tant que signal de sortie une valeur de mesure qui corres- as an output signal a measurement value corresponding to
pond à la composante de puissance active de l'énergie transmi- the active power component of the transmi-
se dans le sol. Dans les vibrateurs utilisés dans la pratique, la plaque de base est normalement en appui contre une masse de réaction. La composante de force de l'énergie d'excitation get in the ground. In vibrators used in practice, the base plate is normally supported against a reaction mass. The force component of the excitation energy
est par conséquent déterminée dans ce cas au moyen d'une addi- is therefore determined in this case by means of an addi-
tion pondérée des composantes de force appliquées aux diffé- weighted components of the force components applied to
rentes masses.rentes masses.
Selon une variante de réalisation avantageuse de According to an advantageous embodiment variant of
l'invention, on peut utiliser la composante de puissance réac- the invention, the reactive power component can be used.
tive affichée à la sortie pour commander ou régler par exemple l'amplitude du signal de commande du vibrateur, de manière à tive displayed at the output to control or adjust for example the amplitude of the control signal of the vibrator, so as to
régler à une valeur maximale la composante de puissance réac- set a maximum value of the reactive power
tive.tive.
D'autres caractéristiques et avantages de la pré- Other features and advantages of the pre-
sente invention ressortiront de la description donnée ci-après invention will be apparent from the description given hereinafter
prise en référence au dessin annexé, dont la figure unique re- reference in the attached drawing, the single figure of which
présente un schéma-bloc de l'invention. presents a block diagram of the invention.
Le procédé conforme à l'invention concerne l'effet de la réaction du sol sur la puissance mécanique. Dans le cas d'une réaction élastique sans perte du sol il existe, entre la pression et la vitesse d'excitation du sol qui est supposée The process according to the invention concerns the effect of the soil reaction on the mechanical power. In the case of an elastic reaction without loss of soil, there exists between the pressure and the speed of excitation of the soil which is supposed
- égale à la vitesse de vibration de la plaque de base, un dé- - equal to the vibration speed of the base plate, a
phasage de 90". Le déphasage diminue lorsque, dans le cas du phasing of 90 ".The phase shift decreases when, in the case of
déplacement élastique, une chaleur apparaît dans le sous-sol. elastic movement, a heat appears in the basement.
Dans ce cas le vibrateur délivre une puissance dissipée qui In this case the vibrator delivers a dissipated power which
correspond précisément à cette puissance calorifique. S'il ap- corresponds precisely to this heating power. If he
parait en supplément des phénomènes de réarrangement dans le seems in addition to the phenomena of rearrangement in the
sous-sol ou bien si la limite de résistance du sous-sol au ci- underground or if the resistance limit of the subsoil in the
saillement est dépassée, une puissance active mécanique est seam is exceeded, a mechanical active power is
délivrée en supplément. La puissance calorifique et la puissan- issued in addition. Heat output and power
ce active mécanique sont indésirables. this active mechanics are undesirable.
Conformément au procédé selon l'invention, la com- According to the method according to the invention, the
posante de force et la composante de vitesse sont obtenues au niveau de la plaque de base du vibrateur et sont multipliées entre elles. La composante continue du signal de sortie ainsi the force component and the velocity component are obtained at the base plate of the vibrator and are multiplied with each other. The DC component of the output signal as well
obtenu est utilisée pour l'affichage de l'apparition de phéno- obtained is used to display the appearance of
mènes de réarrangement. Le signal de sortie est obtenu de la manière suivante: sur la plaque de base 2 et sur la masse de réaction 3 se trouvent disposés des capteurs d'accélération rearrangement. The output signal is obtained in the following manner: on the base plate 2 and on the reaction mass 3 are arranged acceleration sensors
3 et 4, dont les signaux de sortie sont additionnés après pon- 3 and 4, the output signals of which are summed after
dération respective par des facteurs constants, qui correspon- each other by constant factors, which correspond to
dent à la masse de la plaque de base et à la masse de réaction. tooth to the ground of the base plate and to the reaction mass.
F = lmR. aRI+ImB. aBl mR = masse de la masse de réaction, mB = masse de la plaque de base, aR = accélération de la masse de réaction, F = 1mR. Ari + ImB. aB1 mR = mass of the reaction mass, mB = mass of the base plate, aR = acceleration of the reaction mass,
aB = accélération de la plaque de base. aB = acceleration of the base plate.
Le signal de sortie de l'additionneur 5 correspond The output signal of the adder 5 corresponds
aux composantes de force de la puissance appliquée. Cette com- to the force components of the applied power. This com
posante est une grandeur à variation sinusoïdale F = F max.cos max wt. Le signal de sortie du capteur d'accélération 3 installé sur la plaque de base 2 est en outre envoyé à un intégrateur 6, dont la sortie délivre le signal de vitesse de la plaque posante is a variable with sinusoidal variation F = F max.cos max wt. The output signal of the acceleration sensor 3 installed on the base plate 2 is furthermore sent to an integrator 6, the output of which delivers the speed signal of the plate
de base 2. Ce signal de vitesse est également une grandeur si- 2. This speed signal is also a significant variable.
nusoldale répondant à la formule suivante V = VBma.cos (wt + B Bmax nusoldale corresponding to the following formula V = VBma.cos (wt + B Bmax
ô). La composante de vitesse est déphasée de l'angle t par rap- O). The speed component is out of step with the angle t
port à la composante de force.port to the force component.
Les composantes de force et de vitesse sont alors The force and speed components are then
multipliées entre elles dans un multiplicateur 9, et l'on ob- multiplied between them in a multiplier 9, and we obtain
tient la formule suivante pour la valeur instantanée de la puis- the following formula for the instantaneous value of the
sance: P = F. V = Fmax. cos t. VBmax. cos (t + Le signal de sortie correspond par conseéquent à P = Fmax VBmax (cos?+ cos (2t+t P = Fax. VBm. cos ô+ F.maxV. cos (2cut+) max Bmax max Bmax La puissance mesurée se compose par conséquent, pour un angle de phase constant, d'une grandeur constante, qui peut être également désignée en tant que puissance réactive, et d'une composante qui oscille avec la fréquence angulaire sance: P = F. V = Fmax. cos t. VBmax. cos (t + The output signal corresponds to P = Fmax VBmax (cos + cos (2t + t P = Fax VBm cos ô + F.maxV cos (2cut +) max B max max B max therefore composes, for a constant phase angle, a constant magnitude, which may also be referred to as a reactive power, and a component that oscillates with the angular frequency
double 2x.double 2x.
Dans le cas d'une déformation plastique et d'un ré- In the case of plastic deformation and
arrangement des sols, il se produit une conversion de l'éner- arrangement of soils, there is a conversion of energy
gie qui est tirée du système. Cette puissance correspond à la which is taken from the system. This power corresponds to the
composante mesurée de puissance active, c'est-à-dire à la com- measured component of active power, that is to say at the
posante continue. C'est pourquoi cette dernière est égale a: P = 8. F V. cosf w max Bmax La grandeur P constitue par conséquent une mesure W du degré de déformation plastique et de réarrangement et par posante continues. This is why the latter is equal to: P = 8. F cosf max Bmax The magnitude P therefore constitutes a measurement W of the degree of plastic deformation and rearrangement and by
conséquent une mesure de désaction appliquée au sol par la for- consequently a measure of action applied to the soil by the
ce F. La composante de puissance réactive, représentée de cette manière, de la puissance transmise au sol peut être utilisée avantageusement non seulement pour l'affichage, mais également F. The reactive power component, represented in this way, of the power transmitted to the ground can be advantageously used not only for display, but also
pour le réglage ou la commande du signal de commande du vibra- for setting or controlling the vibration control signal
teur, afin d'éviter ainsi la production de la composante de puissance active et d'autre part afin de rendre maximale la to avoid the production of the active power component and, on the other hand, to maximize the
composante de puissance réactive.reactive power component.
Le dispositif conforme à l'invention est constitué The device according to the invention consists of
par des capteurs d'accélération 3,4, dont les signaux de sor- by acceleration sensors 3,4, whose output signals
tie sont additionnés dans l'additionneur 5, après pondération are added in the adder 5, after weighting
par des facteurs correspondant aux masses, dans les multipli- by factors corresponding to the masses, in the multipli-
cateurs 12 et 13. La pondération peut être réalisée par exem- 12 and 13. The weighting may be carried out, for example,
ple grâce au fait que les facteurs d'amplification d'un ampli- thanks to the fact that the amplification factors of an ampli-
ficateur opérationnel utilisé pour l'addition sont réglés con- the operational indicator used for the addition are
formément aux masses.formally to the masses.
La composante d'accélération appliquée à la plaque de base 2 est en outre envoyée à un intégrateur 6 qui peut être The acceleration component applied to the base plate 2 is furthermore sent to an integrator 6 which can be
également réalisé sous la forme d'un amplificateur opérationnel. also realized in the form of an operational amplifier.
Les signaux de sortie de l'additionneur 5 et de l'intégrateur 6 sont envoyés à un multiplicateur 9, dont le signal de sortie peut fournir directement une mesure, par exemple la tension U de la composante de puissance active, après séparation de The output signals of the adder 5 and the integrator 6 are sent to a multiplier 9 whose output signal can directly provide a measurement, for example the voltage U of the active power component, after separation of
la composante de puissance réactive oscillant avec une fréquen- the reactive power component oscillating with a frequency
ce angulaire double.this double angular.
La composante continue du signal de sortie peut être séparée et affichée par voie électronique ou même directement The DC component of the output signal can be separated and displayed electronically or directly
dans un appareil à tension continue. in a DC voltage device.
Entre l'additionneur 5 et le multiplicateur 9 ou Between the adder 5 and the multiplier 9 or
l'intégrateur 6 et le multiplicateur 9 on peut insérer des fil- the integrator 6 and the multiplier 9 can be inserted
tres de bandes de fréquence, qui peuvent être réalisés sous frequency bands, which can be done under
la forme de filtres passe-bas ou sous la forme de filtres passe- the form of low pass filters or in the form of pass filters
bande. Les caractéristiques passantes des filtres 7 et 8 peu- gang. The passing characteristics of filters 7 and 8 can
vent être commandées par le signal de commande du vibrateur, de manière à fournir, lors de l'excitation à l'aide de signaux de balayage, un décalage des données des fréquences limites des filtres. De tels filtres sont désignés sous le terme de It can be controlled by the control signal of the vibrator, so as to provide, during the excitation with the aid of scanning signals, an offset of the data of the filter limit frequencies. Such filters are referred to as
filtres à verrouillage. Ces deux filtres possèdent une consti- locking filters. These two filters have a
tution identique de sorte que le déphasage produit par les fil- the same, so that the phase difference produced by the fil-
tres possède la même valeur pour la force et la vitesse. very has the same value for strength and speed.
Le signal peut être renvoyé depuis la sortie du mul- The signal can be returned from the output of the
tiplicateur 9 à la partie de commande 11 du vibrateur, afin tiplicator 9 to the control part 11 of the vibrator, so
de permettre une commande ou une régulation automatique. to allow automatic control or regulation.
Les différents circuits du dispositif conforme à The different circuits of the device according to
l'invention peuvent être réalisés selon une technique analogi- the invention can be made according to an analog technique.
que des circuits, mais on peut également utiliser une instal- than circuits, but one can also use a
lation de calcul, que l'on dispose dans un véhicule formant calculation, which is available in a vehicle forming
dispositif vibrateur.vibrator device.
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